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變壓器是怎樣變壓？（導電四）

電壓是什麼？

2018/10/02   維加斯新聞報
晏成和

    人類發現用電之後，隨即發明了各種電器，有明顯宏觀運動的：發電機、電動機、電磁軌道等；還有的外表不動，只在電波微觀中起作用的變壓器、電容器、電感器、電阻等等。可是這些電器微觀的工作機理，物理學並沒有詳細的論述，原因是上個世紀物理學不知道電子運動伴生著波；還有就是，這些都是自由電子理論不敢涉足的傷心地。
    變壓器變壓器能用來改變交流電電壓，變壓器的結構簡單 -閉合鐵芯上分別繞上兩組線圈就組成一個變壓器（如圖）。
    初級線圈（原線圈），其匝數為ｎ 1；次級線圈，匝數為ｎ 2。繞組線圈用的是表面絕緣的導線、導線與鐵芯也是完全絕緣。初級線圈與次級線圈完全絕緣，即：初級線圈中的電子一個也不能傳導到次級線圈。沒有 “導流子 ”參入，可是接上電源後初級線圈的電能幾乎全部傳到了次級線圈。面對這樣的事實自由電子傳導理論啞口無言。
    教科書談到：初級線圈中的交變電流在鐵芯中產生 “磁通量 ”，磁通量穿過兩個線圈形成互感。很明顯 “通量、互感 ”是人為賦予能夠穿越絕緣層進入金屬、推動電子的神通。且問：“磁通量”是個什麼物質，“通量 ”是如何穿過絕緣導線？“互感 ”是如何進入金屬導體、是怎樣在金屬導線中傳導、如何推動次級線圈內的電子運動？“互感 ”是個擬人化的詞，物理學從來沒能夠交代互感發生的原因。
    在自由電子導電的理論中，金屬導電的因是自由電子。然而在變壓器導電、變壓過程中，形成次級電壓、電流的原因實在是太明顯 ——完全沒有 “導流子 ”。而是初級線圈伴生的電波傳到鐵芯、然後這電波均勻地進入到次級線圈的每一匝導線中。電波進入次級線圈導線內部、並且推動電子運動形成電流，是明顯的事實。但是在自由電子理論中，金屬內充滿自由電子、從來不涉及波的進入及其通路，事實與自由電子理論相悖。看來 “導流子 ”行不通了，“磁通量 ”這個詞的發明者在此面臨理論困難，於是就硬性地用到一個“通”字，以賦予其進入性能。
    教科書在此也就不談自由電子，只是要學生用以下公式熟練演算：
    U1/U2=ｎ1/ｎ2（U1是初級電壓，U2是次級電壓）
    為什麼會有這個公式，為什麼次級匝數越多電壓越高。交流電通過初級線圈，初級線圈每一匝線圈內交流電所伴生的交變電波能夠通過絕緣層、傳導在了鐵芯上，鐵芯是這種電波的通路。同時鐵芯上的交變電波能夠通過絕緣層、傳導在了次級每一匝線圈中。電磁波能夠出入金屬不是有什麼磁通，是因為幾乎所有物質都是磁場的通路。電子運動伴生著磁場，交變電波也可稱之為磁場波。磁場波是難以隔絕的，可以進入金屬的通路，對價電子的運動產生作用。交變電波傳導在次級線圈中，會發生什麼作用呢？在此，應該回顧之前所討論金屬物質的結構。
    金屬原子是兩兩結合成結構元，然後由價和電子運轉伴生的電磁力結合成為具有延展性的金屬。因為價電子很少、原子外層通透，金屬材料能夠暢通地傳導磁場波。外來的磁場波輕則對結構元價和電子的運轉形成干擾；重則擾動結構元、使之發生晃動、位移乃至翻轉。交變電磁波實際上就是一種能夠干擾金屬內部分結構元價和電子運動、甚至使得金屬內少量結構元晃動的電壓波。變壓器中，來自初級線圈交流運動所伴生的電磁波就傳導在了鐵芯上。鐵芯的交變電磁波，傳導到次級線圈，導致次級每一匝線圈中的部分價電子運轉受到干擾。於是，交變電磁波使得次級導線內部分結構元之間的電磁力晃動 -復原，就形成了次級線圈的電壓和電流。
    電壓電壓是什麼？是物理學百年回避的問題。變壓器明顯地告訴我們：次級線圈ｎ 2的匝數多，從鐵芯中同時進入次級導線中電波就多、電壓波就密集，電壓也就高。在鐵芯交變電波的進入和作用下，整條次級導線中同時受到干擾的運動電子多，推動的結構元就多。當電波回落，受干擾的電子、結構元回位元。電波反向，電子、結構元受反向干擾、反向運動。變壓器清楚的告訴我們：電壓波越密集，導線中同時受干擾、受驅動的電子、結構元多，該線路的電壓也就越高；被驅動的電子運動方向與電壓波一致。
     靜電電壓在靜電實驗中：金屬球中導入的電荷越多，電壓越高，多餘電荷被驅趕、逃逸的能動性就越大；電壓越高，驅趕電子運動的力度就越大。那麼，我們就可以認為：電壓是驅趕電子運動的波。
    發電電壓 200年前，法拉第發現：閉合導線切割磁力線，電路中就會產生感應電流。這也是最早的發電機，當然也要產生電壓。當年把發電機所形成電流叫做感應電流，是因為人們不知道金屬內部的結構，以及導線運轉阻力來自何方。
     金屬體內核外電子常規運轉伴生著的磁場，在金屬體內形成微觀的小磁鐵，構成金屬的結構。把閉合導線置於磁場中，金屬內部分磁場與外磁場異名相吸、同名相斥，所以導線運動會有阻力。用外力克服阻力 -切割磁力線，使得導線內部分形成相吸引運轉著的電子被外力驅動、移動，這樣的驅動是價電子的非常規運動，非常規驅動移動的電子也會伴生著非常規的電磁波，此波在金屬內傳導，就形成了導線內的電壓波，同時形成電流。
    綜上述，電壓是物質內電荷不平衡或外磁場波入侵、擾動，造成了核外電子非常規運動並且伴生電磁波。這種電磁波能在金屬導體內原子之間通路中傳導，並推動電子隨之運動形成電流。這種非常規的電磁波可以稱為電壓波，簡稱電壓，其物理量為伏特。
     用電子運動伴生電波的事實、用電壓波驅動導體內電子運動來解讀變壓器、解讀電壓、變壓，順理成章、自然、簡單。而幾十年的教科書用 “電壓＝電位 ”的比喻來解釋變壓器所實現電壓變化卻很為難，變壓器如何改變導體電位？為什麼次級多了幾匝電位就能提高？交流電的電位哪裡是高？不好說，於是就回避。
    直流電變壓問題變壓器為什麼不能夠對直流電進行變壓？是人們提問最多、也是當代物理學難以回答的問題。因為變壓不僅涉及到電，更涉及的金屬材料的物理結構。百年物理無力回答，只有用 “磁通、互感 ”來蒙混。書本上或百度上的答案是：因為交流電能夠產生交變的磁通，此磁通能夠穿過鐵芯、穿過導線，在次級線圈引起感應電動勢；而直流電不能夠產生交變的磁通，所以在次級線圈就不能夠產生感應電動勢。
    在此答案中只是多了個名詞 “交變的磁通 ”geifu）是
    查物理學詞典，磁通量（mantclx表徵磁場分佈情況的物理量。那麼，直流電也能產生磁場、也會有磁場分佈關係，就是說，直流電所產生的磁場也是磁通量。同樣是磁場，為什麼多了個 “交變 ”就能夠變壓、直流電產生的磁場就不能變壓。顯然，這個答案只是把電流轉向了其伴生的磁場，為什麼交變磁場能夠；直流磁場就不行，還是沒說清，等於什麼都沒有說。回答者不是有意繞彎子，而是實在說不清楚。因為不瞭解金屬材料內在的微觀構成，就不可能正面、正確回答這個提問。
    當直流電通過變壓器中的初級線圈，在鐵芯立刻產生定向的磁場，次級線圈的結構元立即調整到與外磁場適應的位置，就停頓下來。次級結構元沒有在外力作用下的整體晃動，沒有電流，也沒有能量的輸出、所以也就沒有電壓、也就沒有什麼變壓。
初級線圈與次級線圈完全絕緣、電子絕對不能相通，初級線圈的電能為何變成次級線圈的電壓和電流，鐵芯中的波如何進入到次級線圈的每一匝導線中？自由電子導電理論在此只能裝聾作啞。
    沒有弄清金屬材料的內在結構，就難以解讀交流電變壓的機理，也就不能解讀直流電不能變壓的原因。於是只能用 “磁通 ”之類的名詞進行忽悠。
    科學應該是坦誠的、正大光明的面對所有的事實，那種在某些事實面前用新名詞進行蒙混式的解讀、在另外同類事實面前猥瑣回避，肯定不是真實的科學。